Inspection methods and analysis of electric power quality influence on production processes: an application to EAF operations

In questo studio viene presentato un nuovo approccio per valutare l'influenza delle caratteristiche dell’alimentazione elettrica sulle condizioni di funzionamento dei forni ad arco: esso si basa sulla definizione di un insieme di parametri di qualita e parametri di influenza che permettono di stimare in dettaglio l'influenza delle grandezze elettriche sull’efficienza del processo. La validazione di questo approccio e stata realizzata attraverso l'implementazione di un sistema di monitoraggio dedicato e l'analisi di un caso di studio reale. Nel corso di due anni di attivita di monitoraggio sono state registrate ed analizzate piu di 3500 colate. Un’ulteriore analisi dettagliata e stata eseguita su 1500 colate selezionate. L'obiettivo principale di questo studio di ricerca e quello di dimostrare che le caratteristiche della tensione di alimentazione del forno possono influenzare il processo di fusione e possono peggiorare l'efficienza delle operazioni di fusione. Questa influenza non puo essere considerata critica perche fusione ad arco elettrico e un processo molto complesso ed e influenzata da diversi fattori, molto spesso correlati tra loro. In ogni caso un’alimentazione elettrica di caratteristiche non adeguate puo rendere le operazioni di fusione difficoltose e inefficienti che possono anche influenzare negativamente i costi di manutenzione e di produzione. La metodologia implementata fornisce un valido strumento per stimare, con buona precisione, l’impatto della tensione di alimentazione sulle caratteristiche dell'arco senza analizzare in dettaglio gli aspetti chimici e la termodinamici del composto rottame/acciaio fuso; inoltre puo fornire la base per il monitoraggio delle condizioni dell’intero sistema del forno ad arco, da un punto di vista elettrico. Nella prima parte dell’analisi sono state esaminate le correlazioni presenti tra i fenomeni elettrici osservati al PCC e il comportamento delle grandezze elettriche in corrispondenza delle sbarre del forno: una lieve interazione tra la tensione al PCC e la tensione del bus EAF e stata osservata, e in molte colate in cui e stata riscontrata instabilita e variabilita nella tensione hanno mostrato un’efficienza bassa e perdite di resa elevate. Successivamente e stata eseguita un'analisi dettagliata di ciascuna fase di fusione basata sul confronto degli andamenti effettivi delle grandezze elettriche con un sistema di riferimento, che ha portato alla definizione di un gruppo di parametri di qualita. Questi parametri sono stati definiti per classificare i profili di tensione reali e anche per identificare e separare gli effetti delle due principali cause di instabilita e di disuniformita dei valori di tensione rispetto ai valori impostati, vale a dire le condizioni di carico del forno (influenza della miscela di rottame) e la modalita di regolazione della tensione. L'influenza di questi due fattori e stata esaminata e buoni risultati sono stati ottenuti dall'analisi statistica riportata, e gli effetti di regolazione della tensione e la carica di rottami sono stati dimostrati. La raccolta dei dati e la post-elaborazione hanno costituito una parte consistente dell'attivita di ricerca svolta: queste operazioni sono state fondamentali per costruire un set di dati statisticamente valido. Un altro grande sforzo e stato dedicato allo sviluppo e alla messa a punto del sistema di monitoraggio: pur essendo un prototipo si e rivelato adeguato all’attivita svolta ed estremamente affidabile, rimanendo in servizio continuo per piu di due anni senza guasti. Un punto innovativo della metodologia presentata e il livello di dettaglio utilizzato per l'analisi del processo di fusione: approcci simili riportati in letteratura trattano solo quantita relative all'intero processo di fusione e, in alcuni casi, l'analisi statistica e basata sulle tendenze mensili o valori medi ottenuti da gruppi di colate. In ogni caso si potrebbero ottenere risultati migliori se informazioni piu dettagliate sulla composizione della carica di rottame e sui criteri di controllo del sistema di regolazione della tensione, cosi come le condizioni reali o fenomeni rilevanti che si verificano all’interno del forno durante la fusione, fossero disponibili. Il sistema di monitoraggio implementato puo fornire un valido contributo nello sviluppo di un sistema di controllo evoluto, consentendo la misurazione delle grandezze elettriche il calcolo dei parametri di qualita in condizioni real-time al fine di prevedere le prestazioni del forno. L'integrazione con il sistema di controllo di tensione consentirebbe di eseguire la regolazione della tensione on-line, ottenendo cosi un’efficiente messa a punto del sistema di alimentazione in modo da migliorare le operazioni di fusione.